Die Erfindung betrifft eine Antihaftbeschichtung mit wesentlich verbesserter Abriebbeständigkeit.
Organische Fluorpolymerbeschichtungen zeigen aufgrund ihrer geringen Oberflächenenergie sehr gute Antihaft-Eigenschaften und aufgrund der hohen C-F Bindungsenergien hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeiten. Insbesondere als Antihaft-Beschichtungen für Küchengeräte finden solche Beschichtungen breite Anwendung. Die geringe Härte der in diesen Beschichtungen verwendeten Fluorpolymere führt jedoch dazu, dass diese Beschichtungen nicht sehr widerstandsfähig gegen Beschädigungen sind.
Neben der geringen Härte zeigen solche Beschichtungen, aufgrund der geringen Adhäsionskräfte der verwendeten fluorhaltigen organischen Polymere meist schlechte Haftung auf der zu beschichtenden Oberfläche.
In der Literatur wird deshalb vorgeschlagen, zur Verbesserung der Haftung der Antihaftbeschichtung auf der zu beschichteten Oberfläche einen mehrschichtigen Aufbau vorzugehen, wobei die Fluorpolymere mit einem oder mehreren hoch temperaturbeständigen Bindemitteln wie Pofyphenylensuffiden (PPS), Polyethersulfonen (PES), Polysulfonen, Pofyaryletherketonen (PEEK oder PEK), Polyimiden (PI) oder Polyamidimiden (PAI) gemischt werden, die eine bessere Haftung zum Untergrund vermitteln.
Darüber hinaus ist bekannt, dass die Haftung der auf die Basisschicht folgenden Schichten vom Gehalt an thermoplastischen Fluorpolymeren abhängt, die in der Grenzfläche zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht vorhanden sind. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Haftung zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht dadurch erreicht wird, dass die Fluorpolymere in der Basisschicht beim Einbrennprozess mit den Fluorpolymeren der darauf folgenden Schicht verschmelzen.
Vorteilhaft bezüglich Haftung auf dem Untergrund wirkt sich ein Gradient an Fluorpolymeren mit möglichst wenig Fluorpolymeren in der Grenzfläche zwischen Substrat und Basisschicht und möglichst viel Fluorpolymeren in der Grenzfläche zwischen Basisschicht und der darauf folgenden Schicht aus.
Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit grosse Anstrengungen unternommen einen möglichst hohen Grad an Entmischung zwischen dem Bindemittel und dem Fluorpolymeren in der Basisschicht zu erreichen, so dass das Bindemittel der Basisschicht sich hauptsächlich an der Grenzfläche zwischen Substrat und Basisschicht befindet und das Fluorpolymer an der Grenzfläche zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht angereichert wird, um dort die Zwischenhaftung zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht zu erhöhen (siehe z.B.
Als geeignet haben sich hierbei Polyamidimide (PAI) herausgestellt, die deshalb auch als Haftvermittler-Schichten für fluorpolymerhaltige Antihaftbeschichtungen angesehen werden können (
Aus
Zur Verbesserung der mechanischen Haltbarkeit von Antihaftbeschichtungen wurden, neben der bereits erwähnten Verbesserung der Haftung auf dem Substrat, harte anorganische Füllstoffe verwendet.
So beschreibt z.B.
Eine weitere Möglichkeit die mechanischen Eigenschaften von Antihaftbeschichtungen zu verbessern besteht darin das haftvermittelnde, relativ spröde Polymer Polyamidimid (PAI) (Bruchdehnung ca. 8%) zumindest teilweise gegen das zähelastischere, lineare aromatische, teilkristalline Polyetheretherketon (PEEK,
Durch die Zähelastizität des Polyetheretherketon (PEEK) sind die Beschichtungen weniger spröde und eine Krafteinwirkung auf die Beschichtung führt weniger schnell zum Bruch.
Weiter offenbart
Die Basisschicht wird hierbei zunächst bei mindestens 340 °C geschmolzen und wieder abgekühlt, anschliessend wird die haftvermittelnde Zwischenschicht bestehend aus Polyamidimid (PAI) und PTFE sowie die eventuell folgenden Deckschichten aufgebracht und die Gesamtanordnung bei 400 bis 420 °C eingebrannt.
Als Fluorpolymere wurden Tetrafluorethylen-perfluor(alkyloxyvinyl-ether)-Copolymer (PFA), Poly(vinylidenfluorid) (PVDF), Ethylen-Chlorotrifluorethylen-Copolymer (E-CTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (E-TFE), Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP) und Poly(chlortrifluorethylen) (CTFE) oder Mischungen hiervon verwendet, jedoch kein Polytetrafluorethylen (PTFE).
PTFE besitzt unter den Fluorpolymeren den höchsten Antihaft-Effekt. Aufgrund seiner hohen Schmelzviskosität oberhalb des Kristallitschmelzbereichs lässt sich PTFE nicht einfach schmelzen sondern versintert lediglich an den Korngrenzen. Dadurch ist die Formulierung einer Deckschicht für Polyetherharz-Schichten mit PTFE-Anteilen >30% schwierig. Deckschichten mit hohen PTFE-Anteilen zeigten bislang ohne die Verwendung von Haftvermittler-Schichten keine ausreichende Haftung zur darunterliegenden Schicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Antihaftbeschichtung für einen Gegenstand vorzuschlagen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Antihaftbeschichtung nach Anspruch 1 gelöst. Diese Antihaftbeschichtung weist zumindest drei Schichten auf, mit einer Deckschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm, einer Zwischenschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm, und einer Basisschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm. Die Deckschicht enthält 40% bis 90% organische Fluorpolymere, wobei 20% bis 50%, bezogen auf die Deckschicht, Polytetrafluorethylen (PTFE) und 20% bis 70%, bezogen auf die Deckschicht, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, oder Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon sind. Weiterhin enthält die Deckschicht 10% bis 60% Poly(oxy-1,4,phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK).
Die Zwischenschicht enthält 20-30% organische thermoplastische Fluorpolymere ausgewählt aus Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon, und Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe. Die Füllstoffe umfassen Partikel mit einer Grösse von 40 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 45 µm bis 70 µm. Die Partikelgrösse ist dabei so ausgewählt, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht hineinragen, diese Deckschicht aber nicht durchdringen. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe (MFA oder PFA), Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon) in der Deckschicht möglich sind und dadurch ein verbesserter Antihaft-Effekt, ohne die Haftung zur darunterliegenden Schicht zu verlieren oder eine zusätzliche haftvermittelnde Schicht aus Polyamidimid (PAI) oder Polyphenylensulfid (PPS) zu benötigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die in die Zwischenschicht eingebetteten anorganischen Füllstoffpartikeln so gross sind, dass sie in die Deckschicht hineinragen und somit die Haftung zur Deckschicht vermitteln können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Antihaftschicht sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Vorteilhaft ist eine Basisschicht, die mehr als 98% Poly(oxy-1,4-phenylencahonyl-1,4-phenylen) (PEK) aufweist.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die anorganischen Füllstoffe keramische Hartstoffe aus der Reihe der Oxide, Carbide, Nitride, Boride, insbesondere Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid, umfassen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikel der anorganischen Füllstoffe der Zwischenschicht zumindest teilweise in die Basisschicht eingedrungen sind. Dies zu ermöglichen, ist ein besonderer Vorteil der Erfindung.
Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es in
Die Zwischenschicht 4 enthält ca. 30% ein Copolymer des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich PFA und ca. 70% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe 8. Die Füllstoffe weisen in diesem Ausführungsbeispiel Partikel mit einer Grösse von bis zu 70 µm auf. Dabei ist die Partikelgrösse so ausgewählt ist, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht 6 hineinragen, diese Deckschicht 6 aber nicht durchdringen.
Die Basisschicht 2 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels weist mehr als 98% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK) auf.
Die verwendeten anorganischen Füllstoffpartikel bestehen hauptsächlich aus Siliziumcarbid und Aluminiumoxid.
Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Antihaftbeschichtung, die anorganische Füllstoffe in der Zwischenschicht in der angegebenen Grösse enthalten, eine besonders gute Haftung der Deckschicht auf der darunter liegenden Schicht ermöglicht, wobei der Gehalt an Polytetrafluorethylen (PTFE) höher als 30% ist und keine weiteren haftvermittelnden Schichten aufgebracht werden müssen.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich für die Verwendung als Antihaftbeschichtung für Brat- und Kochgeschirr Polyetherketon (PEK; Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen);
Das bevorzugte Verfahren zum Aufbringen der Antihaftbeschichtung ist so ausgestaltet, dass die Schichten durch eine nass in nass Applikation, nämlich ohne Zwischentrocknung, aus wässrigen Dispersionen und anschliessendem Trocknen und Aufschmelzen aufgebracht werden. Durch dieses verfahren ist es möglich, dass die anorganischen Füllstoffe 8 sogar in die Basisschicht eindringen können und so die angegebenen Partikelgrössen erreicht werden können, ohne dass die Partikel aus der Deckschicht herausragen.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.